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Un outil de digitalisation des organes


L’équipe Sysfate (Genoscope) a combiné l’analyse d’image et la génomique pour créer l’outil MULTILAYER qui digitalise les organes et tissus biologiques.
SYSFATE - MultiLayer - Molecular Tissue Digitalization Analyzer SYSFATE - MultiLayer - Molecular Tissue Digitalization Analyzer

L’équipe Sysfate, dirigée par Marco Mendoza et créée dans l’Unité de Génomique métabolique (Genoscope) grâce au dispositif Atige de Genopole, a conçu la méthode MULTILAYER qui fournit une image numérique spatiale de l’activité des tissus biologiques. L’outil s’inspire de l’analyse d’images et y associe l’expertise en analyses omiques (génomique, transcriptomique…) de l’équipe.

MULTILAYER révèle ainsi la structuration fonctionnelle d’un organe ou d’un tissu.

La méthode sera notamment utile au développement de solutions de diagnostic moléculaire.

Le fonctionnement d’un organe ou d’un tissu biologique est déterminé par l’activité des cellules qui le composent, à savoir par les gènes que ces cellules expriment ou non. Parmi les techniques développées pour analyser simultanément le niveau d’expression d’un grand groupe de gènes à l’échelle d’un organe ou d’un tissu, la transcriptomique spatiale fournit, à partir de coupes biologiques, une image en deux dimensions de l’expression de ces gènes en des points régulièrement répartis sur le tissu. La carte fonctionnelle du tissu peut représenter un millier de gènes et des milliers de positions, donc des millions de séquences à analyser, nécessitant le développement de méthodes statistiques et bio-informatiques. La performance de l’algorithme Multilayer développé par l’équipe Sysfate fait l’objet d’une publication dans Cell Systems du 7 mai 2021.

Comparé aux méthodes statistiques classiques, Multilayer analyse la coupe biologique en affectant à chaque point dans l’espace du tissu une mesure que l’équipe de chercheurs a nommée gexel, à l’image des pixels qui constituent les images numériques. Le gexel représente l’expression du millier de gènes en ce point du tissu. L’originalité de l’outil réside dans l’analyse de chaque gexel non pas comme une entité indépendante mais en considérant qu’il existe une continuité, c’est-à-dire en tenant compte des gexels contigus qui présentent le même comportement d’expression génétique. D’un point de vue biologique, on s’attend effectivement à ce que des cellules contiguës aient plus de chance de partager des destins cellulaires et donc des programmes génétiques communs. L’algorithme exploite également les informations connues, issues de bases de données, de co-expression de gènes, les groupes de gènes co-exprimés étant potentiellement associés à des mêmes fonctions.

Multilayer « digitalise » ainsi le tissu en sous-structures biologiquement pertinentes.

SysFate - cartographie d'une coupe de pancréas par le Multilayer
Multilayer a identifié 6 communautés cellulaires fonctionnelles (6 couleurs) dans le tissu, dont une fortement associée au caractère tumoral, à la progression cancéreuse et la capacité à produire des métastases.

Les chercheurs de Sysfate ont démontré sa performance à déceler les zones fonctionnelles sur un ensemble de données de transcriptomique spatiale issues de coupes de tissu cardiaque, de divers tissus tumoraux (cf. coupe d’adénocarcinome du pancréas ci-contre) et d’un embryon entier de souris, que l’outil a stratifié en régions correspondant parfaitement aux structures anatomiques connues.

MULTILAYER est disponible gratuitement comme un outil informatique autonome
Obtenir MULTILAYER

Un algorithme pour obtenir les cartes fonctionnelles des organes


En alliant deux domaines d’expertise, l’analyse d’image et la génomique, l’équipe Sysfate a créé une première version d’un algorithme d’analyse moléculaire des tissus et organes qui, combiné à la transcriptomique spatiale, pourrait livrer des cartes fonctionnelles de tous les organes du corps humain, et ainsi contribuer à une meilleure compréhension des pathologies et au développement de diagnostic moléculaire dans le cadre de la médecine personnalisée.

  • Transcriptomique spatiale

    La transcriptomique spatiale établit une carte spatiale de l’expression des gènes d’un organe ou d’un tissu. La méthode repose sur la fixation d’oligonucléotides pièges des ARNm (produits de l’expression des gènes) par groupe sur toute la surface d’une lame de verre recevant la coupe de tissu. Les ARNm sont analysés après décrochage mais un système de code-barres ADN identifiant la position de l’ARNm piégé permet la reconstitution spatiale.

  • Référence

    Inferring biologically relevant molecular tissue substructures by agglomerative clustering of digitized spatial transcriptomes with multilayer. Cell Systems (2021)

    https://doi.org/10.1016/j.cels.2021.04.008

Article posté le 10 juin 2021

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